Nanoteknologi til vandfilter

Nanoteknologi har udviklet sig enormt i det sidste årti og var i stand til at skabe mange nye materialer med en lang række potentielle applikationer. Carbon nanorør er et eksempel på disse nye materialer og består af cylindriske kulstofmolekyler med diametre på et par nanometer - et nanometer er en milliontedel af en millimeter. Carbon nanorør har enestående elektronisk, mekaniske og kemiske egenskaber, for eksempel kan de bruges til at rense forurenet vand. Forskere ved universitetet i Wien havde for nylig offentliggjort denne nye forskning i Miljøvidenskab og teknologi .

Blandt mange potentielle applikationer, carbon nanorør er gode kandidatmaterialer til rengøring af forurenet vand. Mange vandforurenende stoffer har en meget høj affinitet for kulnanorør, og forurenende stoffer kan fjernes fra forurenet vand ved filtre fremstillet af dette nanomateriale, for eksempel vandopløselige lægemidler, som næppe kan adskilles fra vand ved hjælp af aktivt kul. Problemer på grund af filternes mætning kan reduceres, da kulstofnanorør har et meget stort overfladeareal (f.eks. 500 m ² gram nanorør) og dermed en meget høj kapacitet til at tilbageholde forurenende stoffer. "Vedligeholdelse og affald i forbindelse med vandforurening kan således reduceres", siger Thilo Hofmann, Vicedekan for Det Jordvidenskabelige Fakultet, Geografi og astronomi ved universitetet i Wien.

Vurdering af carbon nanorør 'miljømæssige bæredygtighed

Meget forskning har fokuseret på carbon nanorør i det sidste årti. Imidlertid, de usædvanlige egenskaber ved kulnanorør gør dem svære at studere. Standardmetoder giver begrænsede resultater, og opførslen af ​​carbon nanorør under realistiske forhold er stadig dårligt forstået. "Innovative teknologier har altid fordele og ulemper for menneskelig og miljømæssig kvalitet og en god forståelse af interaktionen mellem forurenende stoffer og kulnanorør samt hvordan kulnanorør opfører sig i miljøet er afgørende, før de kan bruges i filtre", forklarer Mélanie Kah, der forsker i dette projekt sammen med Xiaoran Zhang.

Et team af forskere ved Institut for Miljøgeovidenskab ved Universitetet i Wien forsker i øjeblikket om emnet. De udviklede en metode kaldet "passiv prøveudtagning". Data produceret ved denne nye metode er meget mere pålidelige til realistiske applikationer, da de indeholder koncentrationer, der sandsynligvis vil forekomme i miljøet (generelt meget lave). Dette var ikke muligt med klassiske metoder, der kun kan håndtere forhøjede koncentrationer.

Eksperimenterne er nu offentliggjort i det internationalt anerkendte tidsskrift Miljøvidenskab og teknologi tog mere end et år. Først, "passiv prøveudtagningsmetode" blev udviklet, som gør det muligt at måle affiniteten af ​​en kategori af kræftfremkaldende forurenende stoffer - dvs. polycykliske aromatiske kulbrinter (PAH'er) - til kulnanorør. "Serie af tests, der anvender analytisk kemi og elektronmikroskopi, blev udført med samarbejdspartnere fra University of Utrecht i Holland, for at sikre, at metoden er egnet, pålidelig og optimeret til carbon nanorør ", illustrerer Thilo Hofmann. Når den er valideret, "passiv prøveudtagningsmetode" blev brugt til at måle affinitet (absorption og adsorption) af flere forurenende stoffer (PAH'er) til carbon -nanorør over en meget bred koncentration.

Forurenende stoffer kæmper om et sted på kulstofnanorør

Et andet aspekt undersøgt af forskerne ved Institut for Miljøgeovidenskaber er fænomenet konkurrence mellem forurenende stoffer. Mange kemikalier eksisterer ofte sammen i miljøet, især i forurenede vandområder. Hvis der opstår konkurrence, det betyder, at en forurenende stof ikke må knytte sig til kulnanorør, hvis der findes bedre konkurrenter. Konkurrence er ikke acceptabel for filterpåføring, da filterets effektivitet vil variere alt efter mængden og typen af ​​forurenende stoffer. Studie af konkurrence giver også oplysninger om sorptionsmekanismer.

Brug af klassiske teknikker med relativt høje koncentrationer viste, at konkurrencen kan være meget stærk, når tre PAH'er eksisterer samtidigt med kulnanorør. Omvendt forsøg med den "passive prøveudtagningsmetode" ved koncentrationer, der sandsynligvis forekommer i miljøet, viste, at der ikke opstår konkurrence, hvis 13 PAH'er betragtes sammen. Dette eksempel fremhæver vigtigheden af ​​at udvikle og bruge eksperimentelle metoder til at producere resultater, der er relevante for miljøforhold. Der er stadig mange spørgsmål, der skal besvares for fuldt ud at vurdere potentialet for kulnanorør til at rense forurenet vand. "Vi fortsætter med at arbejde med emnet, og resultaterne af vores sidste forsøg vil snart blive præsenteret på internationale konferencer", afslutter miljøgeoforskeren, Thilo Hofmann.